JWST tiết lộ rất nhiều oxy tồn tại trong vũ trụ sơ khai

JWST tiết lộ rất nhiều oxy tồn tại trong vũ trụ sơ khai

Dấu thời gian: Ngày 6 tháng 2023 năm 11 59:XNUMX sáng

NIRSspec
Tiên tiến: NIRSpec đang sẵn sàng cho việc ra mắt JWST. (Được phép: Astrium/NIRSpec)

Sử dụng máy quang phổ tiên tiến trên Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST), các nhà thiên văn học đã tìm thấy bằng chứng cho thấy oxy giữa các vì sao có nhiều ở nhiều thiên hà cổ đại hơn so với suy nghĩ trước đây. Do Kimihiko Nakajima tại Đài quan sát thiên văn quốc gia Nhật Bản, nhóm nghiên cứu hy vọng rằng những quan sát của họ có thể cải thiện sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ sơ khai.

Vụ nổ lớn đã tạo ra một vũ trụ sơ khai được tạo thành từ hydro và heli, với một lượng nhỏ lithium – và vật chất này kết hợp lại để tạo thành các ngôi sao và thiên hà đầu tiên. Các nguyên tố nặng hơn như oxy sau đó được tạo ra bởi phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi của những ngôi sao này. Khi các ngôi sao phát nổ thành siêu tân tinh, các nguyên tố nặng bị phân tán khắp toàn bộ thiên hà, làm biến đổi mãi mãi thành phần hóa học của vũ trụ.

“Tính kim loại của pha khí” là một thông số quan sát mô tả sự phong phú của các nguyên tố nặng này trong các thiên hà (các nhà thiên văn học sử dụng thuật ngữ kim loại cho tất cả các nguyên tố nặng hơn heli). Giá trị của nó rất quan trọng để hiểu được lịch sử tiến hóa của thiên hà, cũng như dự đoán khi nào các phân tử phức tạp – những khối xây dựng có thể có của sự sống – có thể bắt đầu xuất hiện.

Máy đo đáng tin cậy

Một thước đo đáng tin cậy về tính kim loại ở pha khí của một thiên hà là lượng oxy bị ion hóa dồi dào trong môi trường liên sao của nó. Sự phong phú này có thể được xác định bằng cách quan sát ánh sáng đặc trưng phát ra từ oxy. Tuy nhiên, cách tiếp cận này có những hạn chế khi quan sát vũ trụ sơ khai.

Nakajima giải thích: “Những quan sát trước đây đã tiết lộ sự hiện diện của lượng oxy dồi dào trong các thiên hà khoảng hai tỷ năm sau Vụ nổ lớn”. “Tuy nhiên, ánh sáng từ các thiên hà tồn tại xa hơn trong thời gian bị ảnh hưởng đáng kể bởi sự giãn nở của vũ trụ, khiến nó chuyển sang phạm vi cận hồng ngoại.”

Hiện nay, Nakajima và các đồng nghiệp đã quan sát thấy ánh sáng dịch chuyển đỏ này bằng cách sử dụng JWST Máy quang phổ cận hồng ngoại (NIRSpec) – và điều này đã cho phép họ tạo ra bước đột phá trong việc đo tính kim loại ở pha khí của các thiên hà cổ đại.

Quan sát đột phá

Nakajima hào hứng cho biết: “Chúng tôi đã xác định được 138 thiên hà cổ đại tồn tại hơn 12 tỷ năm trước và xác định lượng oxy dồi dào của chúng, một mức độ phân tích gần như không thể thực hiện được trước khi phóng JWST”. “Chúng tôi đã phát triển và áp dụng nghiêm ngặt các kỹ thuật phân tích tiên tiến cho dữ liệu NIRSpec, tiến hành phân tích trên quy mô lớn hơn nhiều lần so với các nghiên cứu trước đó”.

Kết quả của họ tiết lộ rằng ở tất cả ngoại trừ một số thiên hà lâu đời nhất được NIRSpec quan sát, thành phần của môi trường giữa các vì sao rất quen thuộc. Nakajima nói: “Hầu hết các thiên hà đều có lượng oxy dồi dào tương tự như các thiên hà hiện đại”. Tuy nhiên, sáu trong số những thiên hà cổ xưa nhất tồn tại khi vũ trụ chỉ mới 500–700 triệu năm tuổi có lượng oxy ít hơn nhiều so với các thiên hà hiện đại.

Với khám phá này, nhóm nghiên cứu có thể xác định chính xác hơn thời điểm thành phần nguyên tố của vũ trụ bắt đầu thay đổi. Nakajima cho biết: “Các kết quả chứng minh sự gia tăng nhanh chóng và đáng kể lượng oxy dồi dào trong các thiên hà trong 500-700 triệu năm đầu tiên sau khi vũ trụ ra đời”. “Phát hiện này có thể gợi ý rằng, với những thành phần cần thiết như oxy đã có sẵn trong vũ trụ sơ khai, sự sống có thể đã xuất hiện sớm hơn người ta nghĩ trước đây”.

Nhóm nghiên cứu suy đoán rằng sự thay đổi đột ngột này có thể là do sự khác biệt về bản chất của sự hình thành sao trong vũ trụ sơ khai, cũng như vật chất chảy vào và ra khỏi các thiên hà của nó. Thông qua các quan sát sâu hơn với NIRSpec, kết hợp với các tính toán thống kê chuyên sâu hơn, giờ đây họ sẽ hướng tới việc xây dựng một lý thuyết vững chắc hơn trong công việc tương lai của mình.

Các quan sát được mô tả trong Loạt bài Bổ sung Tạp chí Vật lý Thiên văn.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý